DE69835097T2 - SPIRAL DISPLACEMENT FOR FLUIDS WITH POWER DISTRIBUTION, MULTI-POINT SEALING AND A SEMIRADIAL FLEXIBLE MECHANISM - Google Patents
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Description
Diese Erfindung betrifft im Allgemeinen einen Verdränger für Fluide. Im Besonderen betrifft diese Erfindung einen verbesserten Spiralverdränger für Fluide, der über einen Strömungsumleitmechanismus vertilgt, welcher die Einlassfluidströmung leitet, um die in einem Lagergehäuse angesammelte nicht kompressible Flüssigkeit in feine Tröpfchen zu zersprengen, die durch zwei Saugtaschen, die durch die Spiralen gebildet werden, gleichmäßig aufgenommen werden können. Diese Erfindung betrifft des Weiteren einen Mehrfachnuten-Spitzenabdichtungsmechanismus zum radialen Abdichten der Kompressionstaschen, die durch die Spiralen gebildet werden. Diese Erfindung betrifft darüber hinaus einen halbradialen nachgiebigen Mechanismus, der die radiale nachgiebige Funktion der umlaufenden Spirale aufrecht erhält, und gleichzeitig ist ihr Umlaufradius derart vorgegeben, dass die Last auf die unbewegliche Spirale, die durch die umlaufende Spirale aufgrund der Zentrifugalkraft ausgeübt wird, auf die Kurbelwelle verlagert wird.These This invention generally relates to a fluid displacer. In particular This invention provides an improved spiral displacer for fluids, which has a Strömungsumleitmechanismus which directs the inlet fluid flow to those in one bearing housing accumulated non-compressible liquid in fine droplets Burst through two suction pockets through the spirals be formed, evenly absorbed can be. This invention further relates to a multi-groove tip sealing mechanism for radially sealing the compression pockets passing through the spirals be formed. This invention further relates to a semi-radial compliant mechanism that the radial yielding function of maintains the orbiting spiral, and at the same time their radius of orbit is set such that the Load on the immovable spiral, passing through the orbiting spiral due to the centrifugal force exerted on the crankshaft is relocated.
Spiralverdränger für Fluide sind auf dem Gebiet der Technik gut bekannt. Beispielsweise offenbart das US-Patent Nr. 801.182 von Creux eine Spiralvorrichtung, die zwei Spiralbauteile umfasst, wobei jedes Bauteil eine kreisförmige Endplatte und ein schraubenartiges oder ein Evolventen-Spiralelement besitzt. Diese Spiralelemente besitzen eine identische schraubenartige Geometrie und sind zwischen einem Winkelversatz und einem Radialversatz eingesetzt, um eine Vielzahl von Linienkontakten zwischen deren schraubenartig gebogenen Oberflächen zu schaffen. Dementsprechend definieren und dichten die dazwischen angebrachten Spiralelemente wenigstens ein Paar der Fluidtaschen ab. Durch Umlaufen eines Spiralelementes relativ zu dem anderen werden die Linienkontakte entlang der schraubenartig gebogenen Oberflächen verschoben, wodurch das Volumen der Fluidtaschen verändert wird. Dieses Volumen wird in Abhängigkeit von der Richtung der relativen Umlaufbewegung der Spiralelemente größer oder kleiner, und folglich kann die Vorrichtung verwendet werden, um Fluide zu komprimieren oder auszudehnen.Spiral displacer for fluids are well known in the art. For example disclosed US Pat. No. 801,182 to Creux discloses a spiral apparatus which comprises two spiral members, each component having a circular end plate and has a helical or involute spiral element. These spiral elements have an identical helical geometry and are used between an angular offset and a radial offset, helical around a variety of line contacts between them curved surfaces to accomplish. Accordingly, define and seal in between attached spiral elements at least a pair of fluid pockets from. By rotating one spiral element relative to the other the line contacts are displaced along the helically curved surfaces, whereby the volume of the fluid pockets is changed. This volume becomes dependent greater or smaller than the direction of relative orbital motion of the spiral elements smaller, and therefore the device can be used to Compress or expand fluids.
Bei der Anwendung der Spiralfluidverdichtung ist es notwendig, Öl zum Schmieren der Wellenlager und Axiallager zuzuführen. Das Öl sammelt sich danach an dem niedrigsten Punkt des Verdichters, der als eine Ölwanne bezeichnet wird, wie dies in dem US-Patent Nr. 3.994.633 von Shaffer offenbart wird. Normalerweise wird das Öl anschließend von einer Ölpumpe erneut in Umlauf gebracht. Diese Ölpumpe verbraucht jedoch nicht nur zusätzliche Energie, sie stellt auch eine potenzielle Unfallquelle dar, wenn sie ausfällt.at It is necessary to use oil for lubrication in the application of spiral fluid compression to supply the shaft bearing and thrust bearing. The oil then collects on the lowest point of the compressor, which is referred to as an oil pan, such as this in the US patent No. 3,994,633 to Shaffer. Normally, the oil is then from an oil pump re-circulated. However, this oil pump does not consume only additional Energy, it also represents a potential source of accident, though she fails.
US-Patent Nr. 3.994.636 von McCullough et al. offenbart einen Spitzenabdichtungsmechanismus zum radialen Abdichten zwischen den Kompressionstaschen. Bei diesem Mechanismus wird eine Spitzendichtung in eine schraubenartige Nut an der Spitze der Spiralschaufel platziert. Sie verläuft kontinuierlich entlang der schraubenartigen Nut. Die Spitzendichtung wird entweder durch eine mechanische Vorrichtung, wie beispielsweise ein elastisches Material, oder durch eine pneumatische Kraft eingetrieben, um die Grundfläche des anderen Spiralbauteils zu kontaktieren und demzufolge eine radiale Abdichtung bereitzustellen. US-Patent Nr. 4.437.820 von Tarauchi et al. offenbart einen Mechanismus, der den Fluiddruck verwendet, um eine Spitzendichtung in die Spitzennut eines Spiralbauteils zu treiben, so dass sie die Grundfläche eines anderen Spiralbauteils kontaktiert. Der von Tarauchi et al. offenbarte Mechanismus weist drei Nachteile auf:
- 1) Der Einfachheit halber wird die Fläche der Spitzendichtung, die die Grundfläche des eingreifenden Spiralbauteils kontaktiert, als Spitzenfläche bezeichnet. Die Fläche der Spitzendichtung, die der Spitzenfläche gegenüber liegt, wird als Rückfläche bezeichnet. Die Spitzendichtung in der schraubenartigen Nut erstreckt sich von dem zentralen zu dem peripheren Bereich. An verschiedenen Stellen unterliegt die Spitzenfläche der Spitzendichtung einem unterschiedlichen Druck, der einfach als der Durchschnitt des Fluiddruckes an ihren beiden Seiten berechnet werden kann. In dem zentralen Bereich, in dem der Druck, der auf die Spitzenfläche wirkt, hoch ist, wird ein hoher Gegendruck benötigt, um die Rückfläche der Spitzendichtung zu schieben, um dem Druck auf ihre Spitzenfläche standzuhalten. Demgegenüber wird in dem peripheren Bereich, in dem der Druck, der auf die Spitzenfläche wirkt, gering ist, ein geringer Gegendruck benötigt. Eine einzige Quelle pneumatischer Kraft übt eine übermäßige Kraft auf die Rückfläche der Spitzendichtung in dem peripheren Bereich aus, während die Kraft für den zentralen Bereich ausreichend ist. Dadurch wird ein übermäßiger Reibungsverlust verursacht und die Abnutzung der Spitzendichtung beschleunigt.
- (2) US-Patent Nr. 4.437.820 erfordert, dass die Spitzendichtung locker in der Nut eingesetzt ist. Aus diesen Grund wird das treibende Fluid, das an der Rückfläche der Spitzendichtung wirkt, aus den Zwischenräumen zwischen der Spitzendichtung und der Nut in die Kompressionstaschen laufen. Diese interne Fluidleckage mindert die Energieeffizienz und verursacht ein Überhitzen.
- (3) Eine lange Spitzendichtung, die sich von dem zentralen Bereich bis zu dem peripheren Bereich erstreckt, unterliegt der Wärmeausdehnung proportional zu ihrer Länge, wenn die Arbeitstemperatur ansteigt. Je länger die Spitzendichtung ist, desto schwieriger erweist es sich, sie bei verschiedenen Temperaturen in die Nut einzupassen.
- 1) For the sake of simplicity, the surface of the tip seal that contacts the base of the engaging scroll member will be referred to as the tip surface. The area of the tip seal opposite the tip surface is called the back surface. The tip seal in the helical groove extends from the central to the peripheral region. At various points, the tip surface of the tip seal is subject to a different pressure, which can be simply calculated as the average of the fluid pressure on its two sides. In the central region, where the pressure acting on the tip surface is high, a high back pressure is needed to push the back surface of the tip seal to withstand the pressure on its tip surface. On the other hand, in the peripheral region where the pressure acting on the tip surface is small, a small back pressure is required. A single source of pneumatic force exerts an excessive force on the back surface of the tip seal in the peripheral region while the force for the central region is sufficient. This causes excessive friction loss and accelerates wear of the tip seal.
- (2) U.S. Patent No. 4,437,820 requires that the tip seal be loosely inserted in the groove. For this reason, the driving fluid acting on the back surface of the tip seal will leak from the spaces between the tip seal and the groove into the compression pockets. This internal fluid leakage reduces energy efficiency and causes overheating.
- (3) A long tip seal extending from the central portion to the peripheral portion undergoes thermal expansion proportional to its length as the working temperature increases. The longer the tip seal, the harder it is to fit it into the groove at different temperatures sen.
US-Patent Nr. 4.082.484 von McCullough et al. offenbart ein Festhub-Kurbelmechanismus mit einem Gegengewicht, das an einem Nabenlager angebracht ist, das an der Periphere der umlaufenden Spiralnabe positioniert ist, um der Zentrifugalkraft der umlaufenden Spirale zumindest teilweise entgegen zu wirken. Dieser Mechanismus verteilt die Antriebskraft und die Zentrifugalkraft separat auf zwei Lager, die Antriebskraft auf das umlaufende Lager in der umlaufenden Nabe und die Zentrifugalkraft auf das Nabenlager außerhalb der Nabe. Auf diese Weise wird die Arbeitsbedingung der Lager außerordentlich verbessert. Dieser Mechanismus ist jedoch nur für einen Festhub-Kurbel- und nicht für einen radial nachgiebigen Mechanismus geeignet, der sich als eine bewährte Anordnung für Spiralvorrichtungen erwiesen hat.US Patent No. 4,082,484 to McCullough et al. discloses a hard-lift crank mechanism with a counterweight attached to a hub bearing, which is positioned at the periphery of the orbiting helical hub, at least partially due to the centrifugal force of the orbiting scroll counteract. This mechanism distributes the driving force and the centrifugal force separately on two bearings, the driving force on the rotating bearing in the rotating hub and the centrifugal force on the hub bearing outside the hub. In this way, the working condition of the bearings is greatly improved. However, this mechanism is only for a hard-lift crank and not for one radially compliant mechanism suitable as a proven arrangement for spiral devices has proved.
US-Patent Nr. 3.924.977 von McCullough et al. offenbart einen Mechanismus mit einer radial nachgiebigen mechanischen Verbindungseinrichtung, die ebenfalls Einrichtungen (das heißt, eine mechanische Feder) umfasst, um wenigstens einem Teil der durch das umlaufende Spiralbauteil ausgeübten Zentrifugalkraft entgegen zu wirken. Dieser Mechanismus vertilgt jedoch nicht über ein Gegengewicht, das an einem Nabenlager befestigt ist, welches an der Peripherie der umlaufenden Spiralnabe positioniert ist. Wenn die Masse der umlaufenden Spirale und/oder die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle zunehmen, kann die Zentrifugalkraft im Wesentlichen nicht durch den Verbindungsmechanismus ausgeglichen werden. Als Ergebnis übt die Flanke der umlaufenden Spirale eine übermäßige Kraft aus, die durch die Umlaufzentrifugalkraft auf die Flanke der unbeweglichen Spirale hervorgerufen wird. Dies führt zu einer übermäßigen Abnutzung und Reibung zwischen den Spiralbauteilen und einem Ermüdungsversagen der Spiralelemente.US Patent No. 3,924,977 to McCullough et al. discloses a mechanism with a radially compliant mechanical connection device, which also means (that is, a mechanical spring) comprises at least a portion of the through the orbiting scroll member applied centrifugal force counteract. However, this mechanism does not destroy one Counterweight, which is attached to a hub bearing, which at the Periphery of the rotating spiral hub is positioned. If the Mass of the orbiting spiral and / or the angular velocity the crankshaft increase, the centrifugal force can not substantially be compensated by the connection mechanism. As a result, the flank practices the orbiting spiral has excessive force caused by the centrifugal centrifugal force on the flank of immovable Spiral is caused. This leads to excessive wear and tear Friction between the spiral components and a fatigue failure the spiral elements.
In Übereinstimmung
mit einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Spiralverdränger für Fluide
bereitgestellt, umfassend:
ein unbewegliches Spiralbauteil,
das ein schraubenartiges Spiralelement mit einer Eingriffsflanke
aufweist;
ein bewegliches Spiralbauteil, das eine Lagernabe und
ein schraubenartiges Spiralelement mit einer Eingriffsflanke aufweist;
eine
rotierbare Welle mit einem daran befindlichen Kurbelzapfen zum Übertragen
einer Antriebskraft auf das bewegliche Spiralbauteil, um das bewegliche Spiralbauteil
in einer Umlaufstrecke relativ zu dem unbeweglichen Spiralbauteil
mitzunehmen;
ein Gleitstück
auf dem Kurbelzapfen und im Inneren eines Lagers, das sich mit der
Lagernabe in Eingriff befindet, wobei eine Drehung der Welle bewirkt
wird, um das bewegliche Spiralbauteil in der Umlaufstrecke durch
den Kurbelzapfen, das Gleitstück
und das Lager mitzunehmen;
eine vordere Ausgleichvorrichtung,
die auf der Lagernabe angebracht ist;
eine Antriebsverbindung,
die zwischen der Welle und der vorderen Ausgleichvorrichtung vorgesehen
ist, um die vordere Ausgleichvorrichtung relativ zu dem beweglichen
Spiralbauteil zu rotieren; und
ein Abstandselement zwischen
dem Kurbelzapfen und dem Gleitstück;
wobei
der Fluid-Spiralverdränger
des Weiteren dadurch gekennzeichnet ist,
dass das Abstandselement
ein kompressibles Material umfasst, das in einem komprimierten Zustand nach
dem ersten Einlaufen des Gerätes
aushärtet, wenn
zwischen den Eingriffsflanken der zwei Spiralelemente, wo sie sich
treffen, wenn das bewegliche Spiralbauteil relativ zu dem unbeweglichen
Spiralbauteil umläuft,
im Wesentlichen kein Zwischenraum vorhanden und der Eingriff im
Wesentlichen Null ist.In accordance with a first aspect of the invention, there is provided a scroll fluid displacer comprising:
a stationary scroll member having a helical scroll member with an engaging flank;
a movable scroll member having a bearing hub and a helical scroll member having an engaging flank;
a rotatable shaft having a crankpin thereon for transmitting a driving force to the movable scroll member to entrain the movable scroll member in a circulation path relative to the stationary scroll member;
a slider on the crankpin and inside a bearing engaged with the bearing hub, causing rotation of the shaft to entrain the movable scroll member in the raceway through the crankpin, slider and bearing;
a front balancer mounted on the bearing hub;
a drive connection provided between the shaft and the front balancer for rotating the front balancer relative to the movable scroll member; and
a spacer between the crankpin and the slider;
the fluid spiral displacer being further characterized
in that the spacing element comprises a compressible material which cures in a compressed state after the first running-in of the device, when there is substantially no gap between the engaging flanks of the two spiral elements where they meet when the movable spiral element rotates relative to the immovable spiral element and the engagement is essentially zero.
In Übereinstimmung
mit einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Bilden
eines Abstandelementes zwischen einer Oberfläche auf einem Antriebswellen-Kurbelzapfen in einem
Spiralverdränger
und einer gegenüber
liegenden Oberfläche
im Inneren eines an dem Kurbelzapfen angebrachten Gleitstücks bereitgestellt,
wobei das Gerät umfasst:
ein
unbewegliches Spiralbauteil, das ein schraubenartiges Spiralelement
mit einer Eingriffsflanke aufweist;
ein bewegliches Spiralbauteil
mit einer Lagernabe und einem schraubenartigen Spiralelement mit
einer Eingriffsflanke;
eine rotierbare Welle mit einem daran
befindlichen Kurbelzapfen zum Übertragen
einer Antriebskraft auf das bewegliche Spiralbauteil, um das bewegliche Spiralbauteil
in einer Umlaufstrecke relativ zu dem unbeweglichen Spiralbauteil
mitzunehmen;
ein Gleitstück
an dem Kurbelzapfen und ein Lager um das Gleitstück herum und mit der Lagernabe
in Eingriff, wobei eine Rotation der Welle bewirkt wird, um das
bewegliche Spiralbauteil in der Umlaufstrecke durch das Gleitstück und das
Lager mitzunehmen; und
eine vordere Ausgleichvorrichtung, die
an dem Lager angebracht ist; eine Antriebsverbindung, die zwischen
der Welle und der vorderen Ausgleichvorrichtung vorgesehen ist,
um die vordere Ausgleichvorrichtung relativ zu dem beweglichen Spiralbauteil
zu rotieren; und
ein Abstandselement zwischen dem Kurbelzapfen und
dem Gleitstück;
gekennzeichnet
durch und umfassend die Schritte:
Bilden des Abstandselements
mit einer Schicht aus ungehärtetem
Epoxidmaterial von vorbestimmter Dicke;
Anordnen des Abstandselementes
zwischen den gegenüber
liegenden Flächen
des Kurbelzapfens und des Gleitstückes, bevor das Epoxidmaterial
ausgehärtet
ist;
Rotieren der Welle zum Antrieb des Spiralverdrängers, während das
Epoxidmaterial aushärtet,
so dass die Oberflächen
das Epoxidmaterial nach dem ersten Einlaufen des Gerätes in einen
komprimierten Zustand zusammendrücken,
wenn zwischen den Eingriffsflanken der zwei Spiralbauteile, wo sie
sich treffen, wenn das bewegliche Spiralbauteil relativ zu dem unbeweglichen
Spiralbauteil umläuft,
im Wesentlichen kein Zwischenraum vorhanden und der Eingriff im
Wesentlichen Null ist.In accordance with a second aspect of the invention, there is provided a method of forming a spacer between a surface on a drive shaft crankpin in a helical displacer and an opposing surface inside a slider attached to the crankpin, the apparatus comprising:
a stationary scroll member having a helical scroll member with an engaging flank;
a movable scroll member having a bearing hub and a helical scroll member with an engaging flank;
a rotatable shaft having a crankpin thereon for transmitting a driving force to the movable scroll member to entrain the movable scroll member in a circulation path relative to the stationary scroll member;
a slider on the crankpin and a bearing around the slider and engaging with the bearing hub, causing rotation of the shaft to entrain the movable scroll member in the race track through the slider and the bearing; and
a front balancer attached to the bearing; a drive connection provided between the shaft and the front balancer for rotating the front balancer relative to the movable scroll member; and
a spacer between the crankpin and the slider;
characterized by and comprising the steps:
Forming the spacer with a layer uncured epoxy material of predetermined thickness;
Arranging the spacer between the opposed surfaces of the crankpin and the slider before the epoxy has cured;
Rotating the shaft to drive the spiral displacer as the epoxy hardens, such that the surfaces compress the epoxy material to a compressed state after the first run-in of the device when between the engaging flanks of the two scroll members where they meet when the movable scroll member is relative to the immovable scroll member revolves, there is substantially no gap and the engagement is substantially zero.
In den angehängten Zeichnungen illustriert:In the attached Drawings illustrated:
Die
Die
Die
Die
Die
In
Bezug auf
Eine
Wellendichtung
Das
erste Spiralbauteil
Das
zweite Spiralbauteil
Die
Spiralelemente der Spiralbauteile können, wie dies am besten in
Die
Spiralelemente
Im
Folgenden wird in Bezug auf die
In
Bezug auf die
Die
erste Nut
In
der Nähe
des zweiten Endes
In
Bezug auf die
Wie
in
Ein
Abstandselement
Das
Abstandselement
Wenn
der Verdichter startet, treibt die Netto-Zentrifugalkraft (Fco-Fcc1)
die zweite Spiralnabe und daraufhin das Gleitstück
Alternativ
dazu kann das Abstandselement
Der
oben beschriebene Aufbau gewährt
dem zweiten Spiralbauteil
Die
vorangehend beschriebenen und in den
Während die vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung bevorzugt werden, sind für eine Person mit gewöhnlicher Erfahrung auf dem Gebiet die Modi fizierungen der Struktur, der Anordnung und des Aufbaus und Ähnlichem offensichtlich, die nicht vom tatsächlichen Umfang der Erfindung abweichen. Die Erfindung ist durch die angehängten Ansprüche definiert, und es ist beabsichtigt, dass sämtliche Vorrichtungen und/oder Verfahren, die in den Umfang der Ansprüche fallen, darin beinhaltet sind.While the previously described embodiments of the invention are more common to a person Experience in the field of modifications of structure, arrangement and the construction and the like obviously, not the actual scope of the invention differ. The invention is defined by the appended claims, and it is intended that: all Devices and / or methods falling within the scope of the claims are included in it.
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